低碳混合醇燃燒熱的測(cè)定

趙金和，蘭翠玲，韋劉連，韋云川，秦嬌梅

(百色學(xué)院 化學(xué)與生命科學(xué)系，廣西 百色 533000)

低碳混合醇是指分子中碳數(shù)從1 ～5(或6)的正構(gòu)和異構(gòu)醇組成的混合醇［1］，隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，滿足人民日常生活所需，以及出于環(huán)境保護(hù)方面的考慮，尋找可替代的能源都是今天應(yīng)該研究的課題，而低碳混合醇恰恰滿足我們的需求［2］。①低碳混合醇辛烷值高，與汽油有良好的摻混性能，可替代MTBE 作為清潔汽油添加劑［1-3］;②混合醇可以用于動(dòng)力系統(tǒng)，也可以用作燃料，為日常生活所用，具有環(huán)保潛力［4］;③混合醇不含硫和芳香族烷烴，可降低尾氣中有害物質(zhì)的排放［5-9］。王永紅等的研究表明，與基礎(chǔ)汽油相比，加劑后的全配方低碳醇汽油CO 排放平均降低51%;THC(排放的氣體中含有碳?xì)浠衔锏目偭?排放平均降低18%，有利于防止空氣污染，保護(hù)環(huán)境［10］;④低碳混合醇基本不含硫，潤(rùn)滑性好，可降低發(fā)動(dòng)機(jī)缸體磨損率，延長(zhǎng)使用壽命，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)起保護(hù)作用;⑤甲醇與乙醇可以以任意比例混合燃燒，也可以單獨(dú)使用，現(xiàn)有的柴油機(jī)和柴油配送系統(tǒng)不需要改造，可再生性強(qiáng)，資源豐富。雖然低碳醇的熱值略低于汽、柴油，但由于混合醇中含氧10%，使其燃燒較基礎(chǔ)汽油更充分，并且十分有利于內(nèi)燃機(jī)的正常燃燒。趙洋等人的研究表明，隨著汽油中甲醇摻混比的增大，主要成分的熱解性能加強(qiáng)，提高微粒的燃燒效率，改善微粒的燃盡性能［11］。因此，研究低碳混合醇作為替代能源的研究在當(dāng)今的中國(guó)具有重大的現(xiàn)實(shí)意義［12-13］。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑與儀器

無水乙醇、甲醇、丙三醇均為分析純;二次蒸餾水。

SHR-15B 燃燒熱實(shí)驗(yàn)裝置;SYC-15B 超級(jí)恒溫水浴;VCY-4 氧壓力表;YOY-1 氧氣減壓器。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 測(cè)定熱量計(jì)的水當(dāng)量［14-15］和膠囊的燃燒熱

儀器通電預(yù)熱，用膠頭吸管將0.5 mL 甲醇吸入已經(jīng)稱重的膠囊中，并準(zhǔn)確量取一段燃燒絲。充入0.5 kPa 氧氣，再放出，排除空氣1 ～2 次，再充入1.0 kPa 的氧氣。把氧彈放入量熱容器中，加入4 700 mL水，接好電路，計(jì)時(shí)開關(guān)指向“1 分”，點(diǎn)火開關(guān)到向“振動(dòng)”，開啟電源。約10 min 后，若溫度變化均勻，開始讀取溫度。在第10 min 讀數(shù)后按下“點(diǎn)火”開關(guān)，同時(shí)將計(jì)時(shí)開關(guān)倒向“半分”，點(diǎn)火指示燈亮。加大點(diǎn)火電流使點(diǎn)火指示燈熄滅，樣品燃燒。燈滅時(shí)讀取溫度。溫度變化率降為0.05 ℃/min后，改為1 min 計(jì)時(shí)，記錄溫度讀數(shù)至少10 min，關(guān)閉電源。先取出貝克曼溫度計(jì)，再取氧彈，旋松放氣口排除廢氣。測(cè)量剩余燃燒絲長(zhǎng)度。

取0.5 mL 乙醇和甘油分別用上述方法測(cè)量。分析計(jì)算求出水當(dāng)量和膠囊的燃燒熱。

1.2.2 測(cè)量甲醇-乙醇的燃燒熱 分別取不同配比甲醇∶乙醇=19∶1，18∶2，17∶3……2∶18，1∶19)的低碳混合醇，按照上述方法測(cè)定混合醇燃燒熱。

1.3 數(shù)據(jù)處理［14］

由上面兩個(gè)式子可求出C水、Q膠囊:

驗(yàn)證:查熱力學(xué)性質(zhì)表得Qp丙三醇，比較理論值和實(shí)驗(yàn)值的相對(duì)誤差。

式中 Qv——恒容燃燒熱，J;

Qp——恒壓燃燒熱，J;

C水——水及盛水附件的比熱容;

Δt——雷諾校正溫度。

2 結(jié)果與討論

2.1 低碳醇燃燒熱

分別測(cè)定純物質(zhì)甲醇、乙醇和甘油的燃燒熱，結(jié)果見表1、圖1 及表2。

表1 純物質(zhì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)Table 1 Experimental data of some pure chemicals

圖1 純物質(zhì)的燃燒熱溫度變化曲線Fig.1 The different curves about reaction temperature according to burning time

表2 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)Table 2 Validation experimental data

求Qv甲、Qv乙，可求出C水、Q膠囊，得出Qv丙三醇，進(jìn)而求得Qp丙三醇實(shí)驗(yàn)，把Qp丙三醇實(shí)驗(yàn)與Qp甘油理論進(jìn)行比較，其值相近，證明實(shí)驗(yàn)裝置和方法可靠。

2.2 混合醇燃燒熱

甲醇/乙醇不同配比的燃燒熱測(cè)定結(jié)果見表3。

表3 甲醇/乙醇不同配比的燃燒熱Table 3 The burning heat of methanol/ ethanol volume ratio

由表3 可知:①甲醇/乙醇混合醇中乙醇的含量增多，總體趨勢(shì)溫差變大，因此，燃燒放出的熱量變多，在甲醇/乙醇體積比1∶19 時(shí)，放出的熱量最高;②－QV/價(jià)格在甲醇/乙醇為17∶3 時(shí)達(dá)到最大。

3 結(jié)論

當(dāng)甲醇/乙醇體積比1 ∶19 時(shí)溫差最大，達(dá)1.05 ℃，此時(shí)燃燒放出熱量最多為10 644.23 J，也就是說當(dāng)甲醇/乙醇體積比1∶19 時(shí)，甲醇與乙醇混合醇燃燒放出的熱量最高。綜合燃燒熱與價(jià)格分析，－ QV/價(jià)格在甲醇/乙醇為17 ∶3 時(shí)達(dá)到最大3.39 J/元。所以，在大規(guī)模使用低碳混合醇時(shí)，以甲醇/乙醇體積比17∶3 最佳。

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